CONCEPTOS GENERALES MOTORES ELÉCTRICOS SIMOTICS NEMA - SIEMENS

Confidential / © Siemens AG 2015. All Rights Reserved. siemens.com/answers
MOTORES SIMOTICS NEMA
Christian Paucar Lescano– MC Perú

Jun 2015
Confidential / © Siemens AG 2015. All Rights Reserved.
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Agenda
1 • Conceptos Teóricos
2 • Partes mecánicas
3 • Eficiencia en los motores
4 • Principales diferencias NEMA & IEC
5 • Portafolio Motores NEMA & IEC
6 • Guía de Selección

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Agenda
Conceptos Teóricos

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NEMA / IEEE
IEC
Normalización en eficiencia en motores

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Normalización en motores
NEMA MG1 – 2006
“Motors & Generators”
• Asociación Nacional de Fabricantes
Eléctricos “NEMA”
• Estados Unidos
• Considera aspectos eléctricos, de
operación y
dimensionales

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Normalización en motores
Standards IEEE 841 - 2001
• Los motores de Uso Severo de Siemens se
aplica para aplicaciones más duras como:
químico, minería, fundición, pulpa y papel,
manejo de desechos y aplicaciones
petroquímicas. Estos motores están
disponibles con una amplia gama de
aplicaciones compatibles modificaciones y
dos niveles de eficiencia, de alta eficiencia y
NEMA Premium eficiente.

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Características de Torque Motor y Carga
Arranque directo

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Velocidad
Características de torque para carga típicas
Bombasy Ventilador
Torque
constante
Torque

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Factor de Servicio: 1.15
Todos los motores estándar SIEMENS son fabricados para operar a clase térmica B hasta
(130 °C) de temperatura. Pero las bobinas están dimensionados para clase “F” hasta
(155 °C) de temperatura, Con esta sobrelevación los motores SIEMENS pueden operar
en DOL un 15% por encima de su potencia nominal en forma continua durante todo su
vida útil.

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Sistema de Aislamiento
GraficaTemperatura Bobinado Vs. Vida Útil de Aislamiento
250 000 horas (Vida útil de un motor con Elevación Temperatura “Clase B”
30 000 horas (Vida útil de un motor con Elevación Temperatura “Clase F”
20 000 horas (Vida útil del Sistema Aislamiento “Clase F”
10 000 horas
Si reduces 10 C la vida útil se duplicara.
Si aumentas 10 C la vida útil se redúcira a la mitas.

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Arranque con VFD
Operación con Convertidor
(VFD)
Muchas aplicaciones
requieren variar y controlar la
velocidad del motor, ej.
bombas, ventiladores,
maquinaria textil,
aplicaciones
metalmecánicas, etc.
Variador: son dispositivos
electrónicos que permiten
variar la frecuencia y la
tensión aplicada al motor
controlando su velocidad,
entre otras variables

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Aislamiento apto para VFD
Los motores poseen un sistema de aislamiento apto
para utilizar variadores de velocidad.
Todos los motores poseen un aislamiento Durignit ®
IR 2000, (IR : Inverter Resistant), un diseño exclusivo
de Siemens.
Este tipo de aislamiento esta preparada para soportar
2000 V/1uS de acuerdo a la norma IEC60034-17

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Curva de Torque con VFD
Operación con Convertidor (VFD)

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Agenda
Partes mecánicas

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Montaje NEMA
Arreglos de Montaje y Posición de la Caja de Conexión
Montaje en Piso (F)
Montaje a pared (W)
Montaje en Techo (C)

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Grado de Protección IP del motor
Protección contra solidos

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Grado de Protección IP del motor
Protección contra líquidos

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Construcción del motor
Ventilador
Rodamiento
Caja de conexión
Bobinado
del Rotor
Rotor
Eje
Entrehierro
Sello

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Tamaño Constructivo (Frame)
Las dimensiones en rojo son medidas importantes
D(Pulgadas)= 2 Primeros Dígitos
4
D(Pulgadas)= 14 = 3.5 “
4
Ejemplo: Carcasa 143T
2 Primeros dígitos
3 dígitos

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Montajes con Bridas
D Flange C Face

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Tamaño Constructivo (Frame)
Frame Significado
405T Eje Estándar
405TS Eje Corto
405TC Brida C
(C-Face)
405TD Brida D
(D-Flange)
405TZ Eje Especial
NEMA MG1
Nomenclatura NEMA
La letra Z indica que el eje tienen
dimensiones especial no estar en la
norma NEMA.
Puede estar formado en
combinación: Ej: 404TDZ tiene brida
tipo D y tiene modificación especial el
eje.

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Tipos de Rodamientos
Rodamiento de rodillos
Rodamiento de Bolas
Trasmición directa/acople. Trasmición por poleas.
Lubricante
Unirex N3

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Codificación de rodamiento para motores eléctricos
TIPO SERIE MEDIDA SELLO TOLERANCIA
Rodamiento
Rígido de
bolas con
una solo
hilera
Medida del
ancho del
rodamiento
Medida externa
en mm, se
obtiene de
multiplicar x 5.
Ej: 18x5 = 90 mm
Goma
Metálico
Simple/Doble
Mayor de la norma
6 3 18 Z C3
TIPO SERIE MEDIDA TOLERANICA
Rodamiento de una
hilera de rodillos
cilíndrico sin
pestañas en la pista
interna
Medida de diámetro
externo
La medida externa
en mm, se obtiene
de multiplicar x 5.
Ej: 18x5 = 90 mm
Mayor de la norma
NU 3 18 C3

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Capacidad de Carga
Motor 20 HP/ 4 P
Serie 300 Vs 200
• 55% de aumento de capacidad
dinámica.
• 46% de aumento de fatiga de
carga.

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Rodamientos de la competencia
NEMA WEG
NEMA SIEMENS

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Rodamientos & Lubricación
Sellos/Retenes son usados para proteger el rodamiento &motor contra contaminación como ingreso de: liquido,
lubricantes, polvo o gases y también retiene la lubricación.
Anillo de Sello Axiales (V –ring)
• Rotación con el eje
• Sello en dirección axial
Anillo de Sello radial (oil seal)
• Insertado en los escudos del
rodamiento.
• Sello en dirección radial
Sello Tipo laberinto Impro/Seal NEMA IEEE841
• Insertado en los escudos del rodamiento.
• Sello en dirección radial y axial

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Inverter Duty
Descarga a través
de los rodamientos
Rodamiento: Cuando el motor es alimentado por un variador de velocidad, se induce
tensión en el eje del motor, Cuando la tensión es alta para vencer la capacidad
dieléctrica de la grasa del rodamiento, se produce corrientes parasitas produciendo
daños en los rodamientos Este daño es conocido como Fluting.

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Inverter Duty
Daños ocasionados por el fenómeno FLUTING
Daños en la pista y en los elementos rodantes Grasa quemada por la descarga

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Inverter Duty
Rodamiento Aislado Escobilla de Aterramiento
Rodamiento Aislado
Se recomiendo el uso de rodamientos aislados en los motores operados con variador de
velocidad para evitar daño en lo rodamientos por el fenómeno fluting. En el caso de los
motores NEMA se recomiendo rodamientos aislados en DE o NDE para frame >= 444T
Otra solución es usar escobilla de aterramiento en DE.

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Inverter Duty
Los motores NEMA SIEMENS como estándar tienen la siguiente relación:
Torque Constante: 4:1 Para motor de 4 P(1800) Rango de velocidad 450 a 1800 rpm
Torque Variable: 10:1 Para motor de 4 P(1800) Rango de velocidad 180 a 1800 rpm
Ventilación Forzada
Por debajo de esa velocidad se utiliza motores con ventilación forzada, encerramiento TEBC

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Agenda
Eficiencia en los motores

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Los costos del ciclo de vida de un
motor eléctrico
Total Cost of Ownership (TCO) : Costo total del ciclo de vida
El Consumo de Energía típicamente representa hasta un 97% de los costos
del ciclo de vida del motor!
Motor Ej: 500 $
Instalación: 150 $
Energía: 18 600 $

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Ejemplo: Accionamientos representan el 70% del
consumo eléctrico en la industria
Reducción de demanda
de energía:
• Menores costos de
producción
• Mayor productividad
• Mayor eficiencia
• Mejores ventajas
competitivas
De cada 100 KW consumidos 30 KW será consumido por motores eléctricos!

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Eficiencia =
P. de salida
P. de entrada
Eficiencia =
Pérdidas
1 -
P. de entrada
Un Motor Transforma
Energía eléctrica en
Energía mecánica.
Energía
mecánica
Energía
Eléctrica
Pérdidas
Concepto de eficiencia

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La importancia del factor de carga para el Cos φ
El Cos φ toma distintos valores de
acuerdo a los diferentes niveles de
carga que podemos tener en el
motor.
Cuanto menor es el nivel (factor) de
carga, menor es el Cos φ.
En consecuencia, menor es la
Eficiencia Energética del sistema.
- +

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La importancia del nivel de carga para el η
El η toma valores distintos de
acuerdo a los diferentes niveles de
carga que podemos tener en el
motor.
Cuanto menor sea el factor de carga,
menor será el η. En consecuencia
menor será Eficiencia Energética del
sistema.
Por esto es importante tener cuidado
con el sobredimensionamiento del
motor.
- +

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Flujo de potencia – Balance de energía

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¿Siemens que mejoro para tener motor
mas eficiente?
Acero magnético
de bajas pérdidas
Rotor tratado
térmicamente
Diseño especial en
el rotor (Cobre)
Disminución de la
distancia de
entrehierro
Doble capa de bobinado
con una mejor calidad de
cobre
Nuevo sistema de perfil
aerodinámico y con pérdidas
mecánicas y ruidos
extremadamente reducidos
Acero carbono de alta
resistencia C1045
Aislamiento rodamiento
Inpro/Seal

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Ahorro de Energía en Motores NEMA PREMIUM
¿Cómo calcular ahorro de un motor
Nema Premium Efficiency?
1.- Horas de trabajo al año
2.- Porcentaje de carga.
3.- Diferencia de eficiencias.
4.- Costo de energia
Formula:
R=Horas/año x Pneta x Dif Eff x Kw - hora
Ejemplo: Cambar un motor estándar
de 150 HP a Premium Efficiency:
Potencia: 150 HP (110 KW)
Horas al año: 24 x 30 x 12
Horas al año: 8640 h
Diff Eff: 2.8%
Costo: 0.8 S/Kwxh
Ahorro (1 año): 26 600 S/.
Costo: 32 000 S/.
TIR: 1.2 años

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Agenda
Diferencia motores NEMA Vs IEC

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Curvas de Torque IEC Vs NEMA
Diseño F
Motores IEC Motores NEMA

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Níveles de Eficiencia en IEC 60.034
El nivel de eficiencia para los motores de inducción eléctricos es
regulado por la norma IEC60034-30
IE4: Super Premium efficiency (Motores Reluctancia)
IE3: Premium efficiency (Motores Asincronos)
IE2: High efficiency (Motores Asincronos)
IE1: Estándar efficiency (Motores Asincronos)

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Níveles de Eficiencia en NEMA MG1
Standart
Designación NEMA - MG1
Premium Efficient
Energy Efficient
CLASIFICACION DE LOS MOTORES SEGUN SU EFICIENCIA
Norma NEMA - 4 Polos
75.0
80.0
85.0
90.0
95.0
100.0
0
.
7
4
6
1
.
4
9
2
3
.
7
3
7
.
4
6
1
4
.
9
2
2
2
.
3
8
3
7
.
3
5
5
.
9
5
9
3
.
2
5
1
4
9
.
2
2
2
3
.
8
2
9
8
.
4
3
7
3
.
0
P
(kW)
E
f
(%
)
Standar
Premium Efficient
Energy Efficient

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Clasificación y desempeño
NEMA
IEC

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Posición de montaje de Motores IEC Vs NEMA
Motores IEC Motores NEMA

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Tipos de Encerramíentos de los Motores IEC
TEFC / IC411 TEAO / IC418
TEBC / IC416 TEAAC / IC86W
Motor autoventilado Motor sin ventilador
Motor ventilación forzada Motor intercambiador de calor

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Equivalencias Frame NEMA Vs IEC
Ejm: Frame NEMA 449T
44/4=11 Pulg x 25.4 mm=279.4 mm
Altura eje es de 279.4 mm
Se elegiría un motor IEC 280M
Altura eje es de 280 mm
Frame IEC Frame NEMA
90 L 143T
112M 182T
132S 213T
160L 254T
180M 284T
200L 324T
225M 364T
250M 404T
280M 4497

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Resumen Diferencias entre Motor NEMA & IEC
NEMA IEC
Frame Pulgadas mm
Posición F-1 IM B-3
Material del rotor Cobre Aluminio
Conexión Terminales Cables etiquetados
Eficiencia Premium Efficiency IE3
Sellos ImproSeal V-ring/Oil Seal
Tolerancias +-10% V / 3% y -5% F +-5% V / +-2% F
Caja de Bornes Derecha/Diagonal/Sellado
Neopreno
Arriba/Recto/Sellado
Caucho
Diseño de Aletas Diseño con aletas
aerodinámicas
Diseño con aletas
horizontal
Balanceo Dinámico 0.06 IPS 0.16 IPS
Curva de Torque NEMA Diseño B Diseño F

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Agenda
Portafolio Motores NEMA

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SIMOTICS GP 1LE0
Is an important member of the SIMOTICS LV motor family
§ 1LE global platform of SIEMENS LV motors
§ 1LE0 IE1 y IE2
1LE2
NAFTA Area
1LE1
Europe
1LE0
Asia
Ø Cast iron housing
Ø Standard: IEC
Ø Cast iron housing
Ø Standard: IEC
Ø Cast iron and aluminum housing
Ø General Purpose (Aluminum)
Ø Severe Duty (Cast Iron)
Ø Standard: IEC
Ø Cast iron and aluminum housing
Ø General Purpose (Aluminum)
Ø Severe Duty (Cast Iron)
Ø Standard: IEC
Ø Cast iron and Aluminum
housing
Ø Standard: NEMA
Ø Cast iron and Aluminum
housing
Ø Standard: NEMA
1LE – global platform of SIEMENS LV motors

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Portafolio Motores NEMA
SIMOTICS GP100 SD100 SD100/
IEEE841
SD200 HS100
Frame 143T a 449T 143T a S449LS 143T… S449LS 509… 5013 284TP a 449TP
Potencia 0.5…200 HP 0.5…400 HP 0.5…400 HP 350…800 HP 25…300 HP
Polos 2,4,6 y 8 2,4,6 y 8 2,4,6 y 8 2,4 y 6 4
Voltaje 208-230/
460V, 60 Hz
208-230/
460V, 60 Hz
208-230/
460V, 60 Hz
460V, 60 Hz 460V, 60 Hz
Eficiencia NEMA Premium
Efficiency
NEMA Premium
Efficiency
NEMA Premium
Efficiency
NEMA Premium
Efficiency
NEMA Premium
Efficiency
Tipo de Carcasa Hierro Fundido Hierro Fundido Hierro Fundido Hierro Fundido Hierro Fundido
Segmento Agroindustrial
Minería
Mediana Minería Gran Minería Gran Minería Agroindustrial
Agua

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Motor de Propósito General GP100
Características:
•Enceramiento TEFC (totally enclosed fan cooled)
•NEMA Premium Efficiency
•Diseño NEMA B
•F.S 1.15, 40 ºC medio ambiente
•Rotor Cobre fundido
•Aplicaciones Comunes:
•Bombas
•Compresoras
•Ventiladores
•Fajas
Uso para Industria Pesada
Frame: 143T… 449T
Potencia: 0.5…200 HP
Polos: 2,4,6 y 8
Voltaje: 208-230/460V, 60 Hz

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Motor Uso Severo SD100
Características:
•Diseño NEMA B
•Aislamiento clase F
•Brida C o D
•Rodamiento desmontables
• Bombas
• Compresoras
• Ventiladores
• Fajas
Uso general con diseño robusto.
Frame: 143T… S449LS
Polos: 2,4,6 y 8
Voltaje: 208-230/460V, 60 Hz

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Motor de Uso Severo SD100 IEEE 841
Características:
•Diseño NEMA B
•Rodamiento desmontable
•Caractéristicas IEEE 841: vibración 0.06 IPS, IP55/IP56 y
Aislamiento tipo laberinto (Impro/Seal)
•Bombas
•Compresoras
•Ventiladores
•Fajas
Frame: 143T… S449LS
Polos: 2,4,6 y 8
Voltaje: 208-230/460V, 60 Hz

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Motor de Uso Severo SD200
Características:
•Diseño NEMA B
•Brida tipo D
•Caractéristicas IEEE 841: vibración 0.06 IPS, IP55/IP56 y
Aislamiento tipo laberinto (Impro/Seal).
•Orificio en las patas para adaptación de montaje.
509/5010/5011 (400HP – 600 HP)
5011/5012/5013 ( 700 HP -800 HP)
•Bombas
•Compresoras
•Ventiladores
•Fajas transportadoras
Frame: 509S… 5013S
Potencia: 400…800 HP
Polos: 2,4 y 6
Voltaje: 460V, 60 Hz

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Motor de Uso Severo HS100
Características:
•Diseño NEMA B
•Cubierta superior
•Brida tipo P
•Eje hueco
•Rodamiento de contacto angular para alta carga axial (7322 BG)
•Poseen trinquetes evita giro opuesto
•Bombas de poso profundo Frame: 254TP… 449TP
Potencia: 15…300 HP
Polos: 4
Voltaje: 208-230/460V, 60 Hz

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Agenda
Guía de selección de Motores

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Dimensionamiento de Motores
Datos Eléctricos
1.- Potencia HP
2.- Velocidad rpm
3.- Tensión V
4.-Tipo de conexión D/Y
5.- Factor de potencias
6.- Eficiencia
7.- Rango de velocidad
Datos Mecánico
1.- Posición (Horizontal/Vertical)
2.- Tipo de transmisión (Poleas, directo,
brida)
3.- Aplicación (Máquina que accionara)
Ambiente
1.- Temperatura de instalación
2.- Altura de instalación
3.- Nivel de vibración.
Control del motor
1.- Variador de velocidad
2.- Arrancador
3.- Directo
4.- Estrella/triangulo.

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Anticondesación
Condición
normal
drenaje
Resistencia
calefactora
Masa de humedad contenida en el aire en g/m3
Operación admisible Operación no admisible

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Dimensionamiento de Motores Derrateo
Los motores estándar de Siemens están diseñados para funcionar a una temperatura
ambiente de 40 ° C y 1000m sobre el nivel del mar. Para temperaturas y altitudes
ambientales distintas de 40 ° C y 1000 m, Se usa los siguientes factores
¡Por arriba de 4000 metros se interpola el factor!
Para 5000 msnm el factor es 0.73

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Comparativo
Modelo del
Motor
SD100 IEEE 841 W22 IEEE 841 Severe Duty Super-E
Material del
Rotor
Cobre de alta conductividad Fundición a presión de
aluminio
Aluminio fundido a
presión alta
Material del
Ventilado
Polipropileno ó bronce Plástico ó bronce Polipropileno ó bronce
Material del
eje
Acero al carbono de alta
resistencia (C1045)
Acero al carbono
(C1040/45)
Acero inoxidable
Sellos
Impro/seal
143T(1HP) hasta S449LS(
400 HP)
De 364T/5T (60 HP) hasta
504/5T
140T hasta 449T
Diseño
mecánico
Diseño con aletas
aerodinámicas
Diseño con aletas
horizontal
Diseño con aletas
horizontal
Rodamientos Iguales DE y NDE Diferentes DE y NDE Iguales DE y NDE
Caja de
conexión
Dividido en diagonal, Sellado
con neopreno
Dividido en diagonal,
Sellado con caucho-goma
Dividido en diagonal,
Sellado con neopreno
Referencias:
WEG: http://old.weg.net/es/Productos-y-Servicios/Electric-Motors/NEMA-Standard/W22-IEEE-841-NEMA-Premium-Efficiency-Motors
BALDOR: http://www.baldor.com/brands/baldor-reliance/products/motors/ac-motors/severe-duty/ieee-841-motors

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Herrámiento de Selección
DT - CONFIGURATOR
Link: http://www.siemens.com/dt-configurator

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Christian Paucar Lescano
Siemens Industrial S.A.C.
Mobile: +51 997570968
christian.paucar@siemens.com
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